（二十八）Kubernetes集群服务发现之Service资源ClusterIP/NodePort/HeadLiness/ExternallName类型详解_headliness service

目录

1.service介绍

1.1.service原理

1.2.kube-proxy支持的三种工作模式

1.3.开启ipvs模式

2.service资源清单文件

3.准备一个deployment资源

4.service资源详细配置

4.1.ClusterIP类型的Service

4.1.1.Endpoints资源

4.1.2.service亲和性负载策略

4.2.HeadLiness类型的Service

4.3.NodePort类型的Service

4.4.ExternalName类型的Service

---

1.service介绍

1.1.service原理

在k8s中，pod是应用程序的载体，我们可以通过pod的ip来访问应用程序，但是pod经常会由于更新导致销毁，因此ip不是固定的，这就意味着不方便直接采用pod的ip对服务进行访问。

为了解决这个问题，kubernetes提供了service资源，service会对提供同一个服务的多个pod进行聚合，并且 提供一个统一的入口地址，通过访问service的入口地址就能访问到后面的pod服务

service原理：service资源创建后将信息写入etcd，kube-proxy通过监听etcd生成最新的ipvs规则，请求首先转发给service，service在根据定义的标签选择器关联到对应的pod上，最终由这一组pod提供服务

service在很多情况下只是一个概念，真正起作用的其实是kube-proxy服务进程，在每个Node节点上都运行着一个kube-proxy服务进程，当创建service资源后，会通过api-server向etcd中写入创建的service信息，kube-proxy会基于监听机制发现service的变动，最后将最新的service信息转换成对应的访问规则，用户请求service的时候其实就是请求的kube-proxy转换的访问规则

kube-proxy支持三种模式，以ipvs为例

[root@k8s-master ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.96.0.10:53 rr
-> 10.244.0.18:53               Masq    1      0          0         
-> 10.244.0.19:53               Masq    1      0          0   

• 10.96.0.10:53为service的ip，rr表示轮询，下面10.244.0.18、10.244.0.19都是pod的ip地址
• 当访问这个service ip时，kube-proxy会根据ipvs策略通过轮询的方式转发给后端的pod
• 这套规则会在集群上任意节点都生成，因此访问集群任意节点都可以访问到内部的pod

1.2.kube-proxy支持的三种工作模式

userspace模式

userspace模式下，kube-proxy会为每一个service创建一个监听端口，用户请求首先发送给Cluster IP，然后由iptables规则重定向到kube-proxy监听的端口上，kube-proxy根据LB算法选择一个提供服务的pod并和其建立连接

该模式下，kube-proxy充当了一个四层负载均衡器的角色，由于kube-proxy运行在userspace下，在转发的过程中会增加内核和用户空间之间的数据拷贝，虽然稳定但是效率比较低

iptables模式

iptables模式下，kube-proxy为service后端的每个pod创建对应的iptables规则，当用户请求时，首先将请求发给cluster IP，然后根据iptables规则，转发到具体的pod上

该模式下kube-proxy的作用仅仅是监听service的变化，生成最新的iptables规则，此时kube-proxy不再承担四层负载均衡器的角色，该模式的优点较userspace模式效率更高，但是不能提供灵活的LB策略，当其中一个pod异常，iptables还是会转发在异常的pod上，并且不会重试

ipvs模式

ipvs模式和iptables模式类似，kube-proxy监控service、pod的变化并创建对应的ipvs规则，ipvs相对于iptables转发效率更高，除此之外，ipvs支持更多的LB算法

1.3.开启ipvs模式

1.修改kube-proxy的configmap设置mode为ipvs
[root@k8s-master ~]# kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
44     mode: "ipvs"			#在44行左右
configmap/kube-proxy edited
 
2.重建所有关于kube-proxy的pod
#-l表示根据标签找到对应的pod
[root@k8s-master ~]# kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system
pod "kube-proxy-4lvxw" deleted
pod "kube-proxy-lkm8r" deleted
pod "kube-proxy-whmll" deleted
 
3.查看ipvs规则
[root@k8s-master ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.81.210:30376 rr
TCP  192.168.122.1:30376 rr
TCP  10.96.0.1:443 rr
  -> 192.168.81.210:6443          Masq    1      0          0         
TCP  10.96.0.10:53 rr
  -> 10.244.0.18:53               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.0.19:53               Masq    1      0          0         
TCP  10.96.0.10:9153 rr
  -> 10.244.0.18:9153             Masq    1      0          0         
  -> 10.244.0.19:9153             Masq    1      0          0         
TCP  10.101.187.80:80 rr
TCP  10.102.142.245:80 rr
  -> 10.244.1.198:8080            Masq    1      0          0         
TCP  10.103.231.226:80 rr persistent 10800
  -> 10.244.1.202:8080            Masq    1      0          0         
TCP  10.111.44.36:443 rr
  -> 192.168.81.230:443           Masq    1      1          0         
TCP  10.111.227.155:80 rr persistent 10800
TCP  10.244.0.0:30376 rr
TCP  10.244.0.1:30376 rr
TCP  127.0.0.1:30376 rr
TCP  172.17.0.1:30376 rr
UDP  10.96.0.10:53 rr
  -> 10.244.0.18:53               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.0.19:53               Masq    1      0          0 

2.service资源清单文件

kind: Service							//资源类型
apiVersion: v1 							//资源版本
metadata: 								//元数据
  name: service 						//资源名称
  namespace: dev 						//所在的命名空间
spec: 									//属性
  selector: 							//标签选择器，用于确定当前service代理哪些pod
    app: nginx							//pod的标签
  type: 								//Service类型， 指定service的访问方式
  clusterIP:							//虚拟服务的ip地址，即service地址
  sessionAffinity: 						//session亲和性，支持ClientIP、 None两个选项
  ports: 								//端口信息 
    protocol: TCP
    port: 3017 							//service端口
    targetPort: 5003					 //pod端口
    nodePort: 31122 					//映射的主机端口
 

service支持四种访问方式：

• ClusterIP：默认值，由k8s系统自动分配的虚拟IP，只能在集群内部访问
• NodePort：service通过映射的方式将service端口映射到Node节点上的随机端口，通过此方法就可以在集群外部访问服务
• LoadBalancer：使用外接负载均衡器完成服务的负载分发，需要外部环境的支持
• ExternalName：把集群外部的服务引入集群内部直接使用

sessionAffinity亲和性默认情况下，当同一个客户端地址发过来的请求会以轮询的方式转发给不同的pod，但是有时也需要当同一个客户端发来的请求只转发给一个pod时，就需要配置session亲和性了

3.准备一个deployment资源

创建一个deployment资源用于测试service资源

1.编写yaml
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# vim deployment-nginx.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment-nginx
  namespace: dev
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80
        
2.创建资源
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl create -f deployment-nginx.yaml
deployment.apps/deployment-nginx created
 
3.查看资源的状态
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl get deploy,pod -n dev -o wide
NAME                               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE   CONTAINERS   IMAGES         SELECTOR
deployment.apps/deployment-nginx   3/3     3            3           26s   nginx        nginx:1.17.1   app=nginx-pod
 
NAME                                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod/deployment-nginx-5ffc5bf56c-788vz   1/1     Running   0          26s   10.244.2.25   k8s-node2   <none>           <none>
pod/deployment-nginx-5ffc5bf56c-b2wzp   1/1     Running   0          26s   10.244.2.27   k8s-node2   <none>           <none>
pod/deployment-nginx-5ffc5bf56c-zbhpr   1/1     Running   0          26s   10.244.2.26   k8s-node2   <none>           <none>
 
4.修改nginx访问首页
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl exec -it deployment-nginx-5ffc5bf56c-788vz -n dev /bin/sh
# echo "pod: 10.244.2.25" > /usr/share/nginx/html/index.html
# cat /usr/share/nginx/html/index.html
pod: 10.244.2.25
 
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl exec -it deployment-nginx-5ffc5bf56c-b2wzp -n dev /bin/sh
# echo "pod: 10.244.2.27" > /usr/share/nginx/html/index.html
# cat  /usr/share/nginx/html/index.html
pod: 10.244.2.27
 
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl exec -it deployment-nginx-5ffc5bf56c-zbhpr -n dev /bin/sh
# echo "pod: 10.244.2.26" > /usr/share/nginx/html/index.html
# cat /usr/share/nginx/html/index.html
pod: 10.244.2.26
 
5.测试nginx
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# curl 10.244.2.25
pod: 10.244.2.25
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# curl 10.244.2.26
pod: 10.244.2.26
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# curl 10.244.2.27
pod: 10.244.2.27

4.service资源详细配置

4.1.ClusterIP类型的Service

ClusterIP类型的service资源只能在集群内部使用，集群外部无法访问

1.编写yaml
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# vim service-clusterip.yaml
apiVersion: v1					#版本
kind: Service					#控制器类型
metadata:						#元数据
  name: service-clusterip			#service的名称
  namespace: dev					#所在的命名空间
spec:								#属性
  selector:							#标签选择器
    app: nginx-pod					#关联上pod定义的标签而不是deployment的标签
  clusterIP: 10.100.100.100				#service ip地址，不填写k8s也会自动生成
  type: ClusterIP						#service类型为ClusterIP
  ports:								#端口设置
  - port: 80							#service的端口
    targetPort: 80							#pod的端口
 
2.创建service资源
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl create -f service-clusterip.yaml
service/service-clusterip created
 
3.查看service资源
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl get svc -n dev
NAME                TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service-clusterip   ClusterIP   10.100.100.100   <none>        80/TCP    4m53s
 
4.查看svc的详细信息
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl describe svc service-clusterip -n dev
Name:              service-clusterip
Namespace:         dev
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          app=nginx-pod
Type:              ClusterIP
IP:                10.100.100.100
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        80/TCP
Endpoints:         10.244.1.207:80,10.244.2.28:80,10.244.2.29:80				#endpoints也是一种k8s资源，显示当前svc对应后端的pod信息
Session Affinity:  None
Events:            <none>
 
5.查看ipvs映射规则
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# ipvsadm -Ln	
TCP  10.100.100.100:80 rr					#svc的地址、负载算法为rr
  -> 10.244.1.207:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.28:80               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.29:80               Masq    1      0          0 
 
6.访问service查看效果
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# curl 10.100.100.100:80
pod: 10.244.2.28
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# curl 10.100.100.100:80
pod: 10.244.1.207
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# curl 10.100.100.100:80
pod: 10.244.2.29
 
7.由于默认的service负载是rr算法，我们使用循环测试一下
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# while true; do curl 10.100.100.100:80;sleep 3 ;done
pod: 10.244.1.207
pod: 10.244.2.29
pod: 10.244.2.28
pod: 10.244.1.207
pod: 10.244.2.29
pod: 10.244.2.28
#可以看到非常的负载均衡

4.1.1.Endpoints资源

在上面测试了ClusterIP效果后，在查看svc详细信息时看到有个Endpoints，里面显示了pod的所有ip信息

其实Endpoints也是k8s一种资源类型，存储在etcd中，用来记录一个service对应的所有pod访问地址，它是根据service配置文件中selector标签选择器产生的

一个service由一组pod组成，这些pod通过Endpoints暴露出来，Endpoints是实现实际服务的端点集合，service和pod之间的联系是通过endpoints实现的

[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl get endpoints -n dev
NAME                ENDPOINTS                                       AGE
service-clusterip   10.244.1.207:80,10.244.2.28:80,10.244.2.29:80   18m

4.1.2.service亲和性负载策略

当用户访问service时，请求都会被平均的分配到后端的pod上，目前k8s提供了两种负载分发策略

• 如果不定义，默认为none，默认使用kube-proxy策略，比如随机、轮询
• 基于客户端地址的会话保持模式，来自同一个客户端发起的所有请求都会被转发到一个固定的pod上，类似于nginx的ip_hash

基于客户端地址的亲和性策略可以配置在spec中的sessionAffinity参数中

1.配置亲和性策略为ClientIP
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# vim service-clusterip.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-clusterip
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  sessionAffinity: ClientIP				#session亲和性为ClientIP
  clusterIP: 10.100.100.100
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
 
2.更新资源
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl apply -f service-clusterip.yaml
service/service-clusterip configured
 
3.查看资源配置是否生效
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl describe svc -n dev
Name:              service-clusterip
Namespace:         dev
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          app=nginx-pod
Type:              ClusterIP
IP:                10.100.100.100
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        80/TCP
Endpoints:         10.244.1.207:80,10.244.2.28:80,10.244.2.29:80	
Session Affinity:  ClientIP								#已经生效
Events:            <none>
 
4.循环测试一下
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# while true; do curl 10.100.100.100:80;sleep 3 ;done
pod: 10.244.1.207
pod: 10.244.1.207
pod: 10.244.1.207
pod: 10.244.1.207
pod: 10.244.1.207
#来自同一个客户端的ip是否请求在一个pod上

4.2.HeadLiness类型的Service

在某些场景中，开发人员可能不想使用service提供的负载均衡功能，而希望自己来控制负载均衡策略，针对这种情况，kubernetes提供了HeadLiness service，这类service不会分配ClusterIP，如果想要访问service，只能通过service的域名进行查询

service有默认的域名：service名称.命令空间.svc.cluster.local，svc.cluster.local是创建集群是配置的，不配置默认就是svc.cluster.local

1.编写yaml
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# vim service-headliness.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-headliness
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  sessionAffinity: ClientIP
  clusterIP: None					#和ClusterIP配置基本一致，只需要把clusterIP填写成None即可
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
 
2.创建资源
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl create -f service-headliness.yaml
service/service-headliness created
 
3.查看svc的状态
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl get svc service-headliness -n dev
NAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service-headliness   ClusterIP   None         <none>        80/TCP    41s
#可以看到svc没有clusterIP，因此只能通过域名来访问
 
4.获取pod所使用的域名解析地址
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl exec -it deployment-nginx-5d4468bc6d-cxhgd /bin/bash -n dev
root@deployment-nginx-5d4468bc6d-cxhgd:/# cat /etc/resolv.conf 
nameserver 10.96.0.10											#dns地址
search dev.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local			#域名
options ndots:5
 
5.解析域名
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# dig @10.96.0.10 service-headliness.dev.svc.cluster.local
;; ANSWER SECTION:
service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN	A 10.244.1.207
service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN	A 10.244.2.28
service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN	A 10.244.2.29

4.3.NodePort类型的Service

如果希望将service暴露到集群外部使用，那么就需要使用另一种类型的service，称为NodePort类型，Nodeport的工作原理其实就是将service的端口映射到了Node的一个端口上，然后通过NodeIP:NodePort来访问service

NodePort原理：将service的端口映射到node节点的一个端口上，这个端口会在集群每个节点上都存在，当访问nodeip+nodeport时就会被转发到对应映射端口的service上

1.编写yaml
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl create -f service-nodeport.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-nodeport
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  type: NodePort					#service类型为NodePort
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
    nodePort: 31001			#指定映射在node节点上的端口号，不知道则会产生一个随机的端口号
 
2.创建资源
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl create -f service-nodeport.yaml
service/service-nodeport created
 
3.查看资源的状态
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl get svc service-nodeport -n dev
NAME               TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service-nodeport   NodePort   10.96.230.10   <none>        80:31001/TCP   36s
 
4.查看ipvs策略
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# ipvsadm -Ln
TCP  10.244.0.0:31001 rr
  -> 10.244.1.207:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.28:80               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.29:80               Masq    1      0          0     
 
5.访问nodeip:nodeport验证是否可用
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# curl http://192.168.81.210:31001/
pod: 10.244.1.207
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# curl http://192.168.81.210:31001/
pod: 10.244.2.29
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# curl http://192.168.81.210:31001/
pod: 10.244.2.28
 
 

4.4.ExternalName类型的Service

ExternalName类型的service用于引入集群外部的服务，通过externalName属性指定一个外部的服务地址，引入集群后，就可以在集群内部使用service的域名访问到外部的服务

简而言之ExternalName就是将外部服务引入集群，然后通过service来访问外部的服务

1.编写yaml
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# vim service-externalname.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-externalname
  namespace: dev
spec:
  type: ExternalName
  externalName: www.baidu.com
 
2.创建yaml
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl create -f service-externalname.yaml
service/service-externalname created
 
3.查看资源状态
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# kubectl get svc service-externalname -n dev
NAME                   TYPE           CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP     PORT(S)   AGE
service-externalname   ExternalName   <none>       www.baidu.com   <none>    105s
#这种类型的service也是没有clusterip的
 
4.解析域名验证是否能访问到外部服务
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# dig @10.96.0.10 service-externalname.dev.svc.cluster.local
service-externalname.dev.svc.cluster.local. 5 IN CNAME www.baidu.com.
www.baidu.com.		5	IN	CNAME	www.a.shifen.com.
www.a.shifen.com.	5	IN	A	220.181.38.150
www.a.shifen.com.	5	IN	A	220.181.38.149
 
5.测试域名是否能拿到外部项目
[root@k8s-master ~/k8s_1.19_yaml/service]# curl www.a.shifen.com